Dünyadaki
En Hızlı Optik
Anahtar
Emre YüceV
akum tüpleri ile çalışan ilk nesil bil-gisayarlarda elektriğin akışı vakum tüpleri ile anahtarlanıyordu. Bu bilgisa-yarlar çok pahalı olmalarının yanı sıra çok da yavaş çalışıyorlardı. Yirminci yüzyılın ortalarında transistörlerin icadı, bilgisa-yarlara hem hız kazandırdı hem de kü-çülmelerini sağladı. Fakat günümüz bil-gisayarlarının da artan hız ve geniş band talebini karşılayamayacağı öngörülüyor. Bu yüzden elektriğe alternatif olarak optik temelli bilgisayarların geliştirilmesi için son zamanlarda büyük çaba sarf ediliyor. Yakın zamanda mikro işlemci üreticilerin-den Intel tamamen optik olarak çalışan bir yonga geliştirdi. Bu yonga, anahtarlama iş-lemini ışığa bilgi yüklemek için kullanılan optik kovuklar ile gerçekleştiriyor.Optik kovuklar ışığa bilgi yüklemek için kullanılan temel elemanlardan biri. Yarı iletken mikro kovuklar, ışığı küçük hacimlerde uzun süre hapsedebildikle-ri için gerek temel fizik araştırmalarında gerekse teknoloji alanında hayli ilgi çek-miştir. Bilim ve iletişim teknolojilerinde ışığı filtreleyen elemanların (kovukların) kontrol edilmesi, belirli dalga boylarındaki ışığı isteğe bağlı olarak seçmeyi mümkün kılar. Işığın dalga boyunu değiştirmek ve seçmek için kullanılan filtreler genellikle üretildikleri malzemenin özelliklerini ta-şır. Bu yüzden ancak kullanılan malzeme-nin elverdiği sınırlar içinde çalışabilirler.
Hollanda’daki Twente Üniversitesi’nden, aralarında Türk araştırmacıların da bu-lunduğu bir grup araştırmacı, Fransa’daki
CEA/INAC Enstitüsü ile beraber yürüt-tükleri araştırmada, optik kovukların özel-liklerini çok kısa zaman dilimlerinde de-ğiştirdi. Geliştirdikleri bir yöntemle mad-denin sınırlarını aşarak, ışığın kuantum sınırları dahilinde, çok küçük hacimlerde ışığı hapsedip sonra serbest bırakmayı ba-şardılar.
Şekil 1’de bu anahtarlama işlemi tem-sili olarak gösteriliyor. Kovuğun rezonans frekansının tetikleyici lazer ve inceleyici lazer arasındaki zaman farkıyla nasıl de-ğiştiği görülüyor. Tetikleyici lazer ve ince-leyici lazer (ışığın tüm renklerini kapsayan beyaz ışık) örnek üzerinde aynı anda bu-luştuğunda, kovuk kırmızı ışığı hapseder. Tetikleyici lazer ve inceleyici lazer örnek üzerinde aynı anda buluşmadığında ise kovuk eski haline geri dönerek mavi ışığı hapsetmeye devam eder. Toplam anah-tarlama süresi bir piko-saniyeden daha kısadır. Anahtarlama işlemi için tek sınır, kovuğun ışığı hapsetme süresidir. Prensip olarak, anahtarlama işlemi, kovuk eski rezonans frekansına döndükten hemen sonra gerçekleştirilebilir. Işığın miktarın-daki ve rengindeki değişim, anahtarlama işleminin “açık” ve “kapalı” durumlarını belirlemekte kullanılabilir.
Kısa zaman önce araştırmacılar elde ettikleri sonuçları, ABD’nin önde gelen dergilerinden Applied Physics Letters’da
yayımlandı. Bu teknik sayesinde, gelecekte yongalarla günümüzden 500 kat daha hızlı iletişim kurulabileceği ve yine bu tekniğin çok hızlı kuantum bilgisayarların yapılma-sı için muhtemelen bir temel taşı olacağı öngörülmektedir. Burada örnek verilen anahtarlama işlemi, günümüz bilgisayar-larındaki anahtarlama işleminden 500 kat hızlıdır. Günümüzde bilgisayarların hızı, elektriksel ve maddesel özelliklerden dolayı sınırlıdır. Bilgisayarların çalışma hızını daha fazla artıramayan üreticiler, çekirdek sayısını artırarak (paralel işlemci) kapasiteyi artırma yoluna gitmektedir. Bi-lim adamlarının önerdiği bu anahtarlama yöntemi ise bir kuantum devrimi gerçek-leştirerek, 500 kat hızlı işlemcilerin yolunu açmaktadır.
Kaynaklar
Koehl, S., Liu, A. ve Paniccia, M., “Integrated Silicon Photonics: Harnessing the Data Explosion, ” Optics and
Photonics News, cilt 22, sayı 3, sayfa 24-29, (2011).
Ctistis, G., Yüce, E., Hartsuiker, A., Claudon, J., Bazin, M., Gèrard, J. M. ve Vos, W. L., “Ultimate fast optical switching of a planar microcavity in the telecom wavelength range” Applied Physics Letters, cilt 98, sayı 161114, sayfa 1-3, 2011.
Daha fazla bilgi için:
Emre Yüce, University of Twente, Enschede, The Netherlands, email: e.yuce@utwente.nl
Prof. Dr. Willem Vos, University of Twente, Enschede, The Netherlands, email: w.l.vos@utwente.nl
Prof. Dr. Jean-Michel Gèrard, CEA/INAC Grenoble, France, email: jean-michel.gerard@cea.fr Makalenin yayımlanmış haline ayrıca www. photonicbandgaps.com adresinden ulaşılabilir.
Şekil 1. Optik kovuğun çalışması
Alt kısım: Gönderilen beyaz ışıktan (kırmızı-yeşil-mavi ışığın birleşimi) yalnızca mavi ışık, kovuğun içinde yapıcı girişime girer ve kovuktan geçirilir. Bu durumu “0” olarak adlandıralım. Orta kısım: Tetikleyici sinyal ile beyaz ışık aynı anda kovuk üzerinde buluşur.
Kovuk kontrol sinyali ile anahtarlanır (değiştirilir). Sonuç olarak, kırmızı ışık kovuktan geçirilir. Bu durumu da “1” olarak adlandıralım. Üst kısım: Belli bir süre sonra kovuk “0” durumuna geri döner. Böylece istenilen bilgi “1” ve “0” olarak aktarılabilir.
In
tel
